電導(dǎo)法測(cè)定乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)物化實(shí)驗(yàn)報(bào)告

電導(dǎo)法測(cè)定乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)物化實(shí)驗(yàn)報(bào)告電導(dǎo)法測(cè)定乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)物化實(shí)驗(yàn)報(bào)告00電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常00一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的原理和方法以及活化能的測(cè)定方法；2、了解二級(jí)反應(yīng)的特點(diǎn)，學(xué)會(huì)用圖解計(jì)算法求二級(jí)反應(yīng)的速率常數(shù)；3、熟悉電導(dǎo)率儀的使用。二、實(shí)驗(yàn)原理（1）速率常數(shù)的測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)時(shí)典型的二級(jí)反應(yīng)，其反應(yīng)式為：CH3COOC2H5＋NaOHCH3OONa＋25OH C0 C00 0 - 0 0 C0 C0速率方程式dckc2，積分并整理得速率常數(shù)k的表達(dá)式為：假定此反應(yīng)在稀溶液中進(jìn)行，且CH3COa全部電離。則參加導(dǎo)電離子有N＋、－、CH3COO－,而N＋反應(yīng)前后不變，O－的遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C3COO－，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，OH－不斷減小，CH3O－不斷增加，所以體系的電導(dǎo)率不斷下降，且體系電導(dǎo)率（κ）的下降和產(chǎn)物CH3O－的濃度成正比。令、和為和∞時(shí)刻的電導(dǎo)率，則：0 時(shí)，C（-）K為比例常數(shù)0t→∞時(shí)，C0=（0-）聯(lián)立以上式子，整理得：可見，即已知起始濃度C，在溫件，得和，以對(duì)0一0 直線，則直線斜率m1，從而求得此溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)。0（2）活化能的測(cè)定原理：因此只要測(cè)出兩個(gè)不同溫度對(duì)應(yīng)的速率常數(shù)，就可以算出反應(yīng)的表觀活化能。30三、儀器與試0電導(dǎo)率儀1臺(tái)、鉑黑電極1支、大試管5支、恒溫槽1臺(tái)、移液管3支；氫氧化鈉溶液（、02L）、乙酸乙酯溶液（0.020ml/L）四、實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度在24.00℃。2、安裝調(diào)節(jié)好電導(dǎo)率儀。3、在1-3號(hào)大試管中，依次倒入約L蒸餾水、L0、L的氫氧化鈉溶液和25mL00200ol/L乙酸乙酯溶液，塞緊試管口，并置于恒溫槽中恒溫。4、的測(cè)定：0從1號(hào)和2號(hào)試管中分別準(zhǔn)確移取1L蒸餾水和L氫氧化鈉溶液注入4號(hào)試管中搖勻，至于恒溫槽中恒溫，插入電導(dǎo)池，測(cè)定其電導(dǎo)率。5、的測(cè)定：從2號(hào)試管中準(zhǔn)確移取1L氫氧化鈉溶液注入5號(hào)試管中至于恒溫槽中恒溫，再?gòu)?號(hào)試管中準(zhǔn)確移取L乙酸乙酯溶液也注入5號(hào)試管中當(dāng)注入L時(shí)啟動(dòng)秒表用此時(shí)刻作為應(yīng)起n后每n讀一次，至n時(shí)刻停止測(cè)量。6、反應(yīng)活化能的測(cè)定：在35.0℃恒溫條件下，用上述步驟測(cè)定。五、數(shù)據(jù)記錄與處理①求2℃的反應(yīng)速率常數(shù)1，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果填入下表：恒溫溫度=24.0℃=2.07s·cm-10V L乙酸乙酯VNaOL0=0.0100mol/L

[乙酸乙酯]=0.0200mol/L[NaOH]=0.0200mol/L實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理表1：t/min

（-）/

/0 42.9820.0880.04404.9250.1450.03636.8760.1940.03238.8350.2350.0294101.7970.2730.0273121.7650.3050.0254141.7360.3340.0239161.7100.3600.0225181.6870.3830.0213201.6660.4040.0202221.6480.4220.0192241.6310.4390.0183261.6160.4540.0175281.6020.4680.0167301.5860.4840.0161圖1 度時(shí)t—tt數(shù)據(jù)處理：對(duì)0

作圖,求出斜率，并由m1求出速率常數(shù)。0因?yàn)橐宜嵋阴ピ砘磻?yīng)是吸熱反應(yīng)，混合后體系溫度降低，故在混合后的開始幾分鐘內(nèi)所測(cè)溶液電導(dǎo)偏低。所以作圖時(shí)使用的數(shù)據(jù)應(yīng)在反應(yīng)6分鐘后數(shù)據(jù)，這樣所得結(jié)果線性較好。通過作圖，線性擬合后曲線的方程為：Y=1.29017+18.60746X，500 相關(guān)系數(shù)R2=0.9995，斜率m=00 由圖1可知，～0t作圖為一線性較好的直線。t t由m1

可求出速率常數(shù)k1=0)7×0.0100)4 L/(ml·mi。0②采用同樣的方法求5℃的反應(yīng)速率常數(shù)，計(jì)算反應(yīng)的表觀活化能Ea：恒溫溫度=35.0℃κ0=2.48·c-1V L乙酸乙酯VNaOL0=0.0100mol/L

[乙酸乙酯]=0.0200mol/L[NaOH]=0.0200mol/L實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理表2：t/min/ms·cm-1（-）// ms·cm-1 ms·cm-1·min-122.350.130.065042.270.210.052562.190.290.048382.120.360.0450102.070.41.0410122.030.45.0375142.020.46.0329161.970.51.0319181.950.53.0294201.930.55.0275221.910.57.0259612 024 1.90 0.58 0.024226 1.89 0.59 0.022728 1.88 0.60 0.021430 1.87 12 0圖2度時(shí)t—tt數(shù)據(jù)處理：對(duì)0

作圖,求出斜率，并由mkc求出速率常數(shù)。0同樣使用的數(shù)據(jù)是反應(yīng)6n后的數(shù)據(jù)來作圖的，通過作圖，線性擬合后曲線的方程為：Y1X，相關(guān)系數(shù)2=0.99，斜率2=9.85由m1可求出速率常數(shù)k=c)5×0.0100)=1.15L/mol·m)。c0六、結(jié)果與討論⑴實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析通過查找資料，可以知道乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)與溫度的關(guān)系如下：lgk＝－1780T-＋0.005T＋4.53①當(dāng)＝297.15K時(shí)：lgk1＝－178÷297.1＋0.0075×297.1＋4.53＝0.70∴291K時(shí)的理論速率常數(shù)：k1＝6.023(l·mi)而在297.15K時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的速率常數(shù)1＝534ml·m，因此，實(shí)驗(yàn)測(cè)定值與理論值比較的相對(duì)誤差：

5.374.029310%1.8%.0293②當(dāng)＝308.15K時(shí)：lgk2＝－178÷308.1＋0.0075×308.1＋4.53＝1.07∴301K時(shí)的理論速率常數(shù)：k2＝14l·)而在308.15K時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的速率常數(shù)2＝105/ol·mi，711m∴224 TT46.1因此，實(shí)驗(yàn)測(cè)定值與理論值比較的相對(duì)誤差：11m∴224 TT46.1194③計(jì)算反應(yīng)表觀活化能：∵ ,m1kc10

m2kc20則kk21

m12又nkEa(11)kTT1 1 2∴nEa(11)mRTT2 1 2EaRnT1T1115130152915.374301529151m為：44.0146.1100%4.5%⑵實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論本實(shí)驗(yàn)用電導(dǎo)法測(cè)定反應(yīng)物乙酸乙酯與NaOH起始濃度相同的情況下24℃35℃溫度下乙酸乙醋皂化應(yīng)的速率常數(shù)，它們分別為5.374L/(mol·min)、10.15L/(mol·min)，與理論值比較的相對(duì)誤差分別為-10.87%、-14.99%，由速率常數(shù)計(jì)算得到的活化能為44.01kJ/mol，與理論值比較的相對(duì)誤差為-4.5%。測(cè)定速率常數(shù)的實(shí)驗(yàn)誤差較大，活化能的結(jié)果與文獻(xiàn)值的偏差較小，考慮到本次實(shí)驗(yàn)測(cè)定過程可能存的各種差，這偏差處正常范之內(nèi)說明實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果是基本準(zhǔn)確的。那么產(chǎn)生差異的原因有什么呢？主要的原因可能有：(1)溫度不夠恒定和準(zhǔn)確。溫度對(duì)反應(yīng)速率k受溫度的影響很大（見下圖，溫度不夠恒定和準(zhǔn)確對(duì)速率常數(shù)的影響是很大的。實(shí)驗(yàn)所使用的恒溫槽的恒溫效果不是很好，在進(jìn)行溫度測(cè)定的過程中，由于攪拌器的攪拌不可能使得體系中各部分的溫度達(dá)到絕對(duì)均勻。所以，通過溫度計(jì)得的是溫度計(jì)水銀球附近液體的溫度，此溫度與實(shí)驗(yàn)測(cè)定體系溫度不一定完全一致，從而使所測(cè)數(shù)據(jù)和最終計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值間存在一定的誤差。還有，恒溫槽控溫效果不好，在測(cè)定8的過程中溫度會(huì)有±0.2℃的飄動(dòng)，造成實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)值時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差；不同溫度下乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)文獻(xiàn)值t℃151617181920212223

k(L·mol-1·min－1)3.35213.58283.82804.08874.36574.65994.97235.30395.6559

t℃242526272829303132

k(L·mol1·min－1)6.02936.42546.84547.29067.76248.26228.79169.35229.9457

t℃333435363738394041

k(L·mol-1·mn－1)10.57372112.684313.470214.300715.178316.105517.08479(2)乙酸乙酯的皂化反應(yīng)系吸熱反應(yīng)，混合后體系溫度降低，故在混合后的開始幾分鐘內(nèi)所測(cè)溶液的電導(dǎo)偏低。因此最好在反應(yīng)6分鐘后開始測(cè)定，這樣可以得到線性較好的圖，否則所作的圖會(huì)呈拋物線形。(3)乙酸乙醋易揮發(fā)，當(dāng)場(chǎng)配制既浪費(fèi)時(shí)間又很難準(zhǔn)確，所以由實(shí)驗(yàn)教師先大量配制好，但在放置過程中往往會(huì)因?yàn)榘l(fā)生水解，而使得濃度降低，因此，由于不能保證乙酸乙酯濃度的準(zhǔn)確性而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的測(cè)定。(4)NaOH溶液是在實(shí)驗(yàn)之前先配制好的，配制好的NaOH溶液也會(huì)吸收空氣中CO，雖對(duì)2NaOH溶液的準(zhǔn)確濃度事先進(jìn)行了標(biāo)定，而實(shí)驗(yàn)時(shí)被測(cè)的卻是電導(dǎo)率，OH—與CO2—兩離子的電導(dǎo)3數(shù)值差別又很大，結(jié)果會(huì)使測(cè)定后期的數(shù)據(jù)偏差逐漸增大。(5)測(cè)定Ko有O了NaOH而2使o偏低。但是我們?cè)趯?shí)際實(shí)驗(yàn)中用的蒸餾水是沒有煮沸過的。(6)實(shí)驗(yàn)測(cè)定速率常數(shù)與活化能的前提是反應(yīng)物乙酸乙酯與NaOH起始濃度必須相同，由于反應(yīng)物濃度很低（0.0200mol/L，因此，很難把兩種溶液的濃度配制得恰好相等，所以，實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)很可能反應(yīng)物濃度時(shí)不相等，而所得結(jié)果仍用兩者濃度相等時(shí)的公式計(jì)算，這會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果造成很大的影響通過查找資料，可知不同的反應(yīng)物初始濃度比對(duì)電導(dǎo)法測(cè)定皂化反應(yīng)速率常數(shù)有明顯的影響：a當(dāng)乙酸乙酯的初始濃度和氫氧化鈉的初始濃度相等時(shí)(a=b)可用電導(dǎo)法測(cè)定皂化反應(yīng)的速率常數(shù)。但由于物質(zhì)純度的限制及配制溶液時(shí)的誤差等原因，很難使a與b達(dá)到真正意義上的相等,而且影響測(cè)定的因素也較多，故使所測(cè)結(jié)果仍有一定的誤差。b、當(dāng)a<b(1<ba≤115)時(shí)，NaOH過量，體系中由于消耗了與CHCOOCH等量的NaOH，使體3 25系的電導(dǎo)也會(huì)產(chǎn)生很大的變化，而且所需時(shí)間也較小，a與b的濃度也可分別控制。實(shí)驗(yàn)證明，在所選濃度范圍內(nèi),用電導(dǎo)法可較好地測(cè)定皂化反應(yīng)的速率常數(shù)。c、當(dāng)>b(1<ab≤114)時(shí)，乙酸乙酯過量，NaOH被較快地消耗掉。但由于CHCOOCH對(duì)電3 25導(dǎo)的貢獻(xiàn)可以忽略，卻對(duì)反應(yīng)速率有影響，導(dǎo)致作圖時(shí)得不到一條直線，從而也就不能用電導(dǎo)法測(cè)定a>b時(shí)皂化反應(yīng)的速率常數(shù)。(7)在實(shí)驗(yàn)中用乙酯和NaOH溶液都是事先配制好的，因此取溶液時(shí)有可能，10：02務(wù)必要在取完溶液后及時(shí)加：02(8)乙酸乙酯和NaOH溶液混合時(shí)一要分混搖，合時(shí)應(yīng)速且恒槽水解。(9)測(cè)量?jī)x器的系統(tǒng)誤差，由于實(shí)驗(yàn)中測(cè)定儀器直接與外界環(huán)境接觸，所以當(dāng)外界環(huán)境溫度、大氣壓力和濕度改變時(shí)，測(cè)量?jī)x器所處狀態(tài)的改變可能影響其性能和測(cè)得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)溫度和濕度改變時(shí)，電導(dǎo)率儀的物理化學(xué)特性（如電阻、電容、電感等）很可能發(fā)生改變，從而導(dǎo)致所測(cè)得數(shù)據(jù)的誤差?？偨Y(jié)本實(shí)驗(yàn)采用電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯的皂化反應(yīng)速率常數(shù)和活化能的大小。在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，溫度的控制對(duì)于速率常數(shù)的測(cè)定有著非常重要的影響。因此在實(shí)驗(yàn)過程中，溫度控制的效果直接影響到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，本實(shí)驗(yàn)必須在恒溫的條件下測(cè)定。七、實(shí)驗(yàn)評(píng)注與拓展乙酸乙酯皂化反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，混合后體系溫度降低，所以在混合后的幾分鐘所測(cè)溶液的電導(dǎo)率偏低。因此最好在反應(yīng)的4-6min后開始測(cè)定，否則所做 圖，圖形為拋物線并非直線。實(shí)驗(yàn)中還需注意的問題是：1乙酸乙酯溶液和NaOH溶液的濃度必須相同則C為乙酸乙酯溶液和NaOH溶液的濃度的一半。